Tese de Doutorado #255: Alexandre Nascimento
Papel de defeitos topológicos em transformações estruturais em grafeno e grafite
Autor: Alexandre José Medeiros do Nascimento
Banca Avaliadora
Ricardo Wagner Nunes (orientador), Física
UFMG
Daniel Cunha Elias, Física
UFMG
Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Cançado, Física
UFMG
Paulo Césr Piquini â DF/UFSM
Roberto Hiroki Miwa
DF/UFU
Orientadores
Ricardo Wagner Nunes (orientador)
Departamento de Física - UFMG
Resumo do Trabalho
Nesta tese, realizamos cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade para investigar a energética, e as propriedades eletrônicas e estruturais de defeitos topológicos em grafeno e grafite. Um estudo dos mecanismos eletrônicos e estruturais foi realizado para determinar a barreira de energia envolvida em um processo fundamental de geração de defeitos topológicos em grafeno “puro”, que envolve a rotação por 90o de uma ligação entre dois átomos de carbono, e leva à formação do defeito conhecido por Stone-Wales (SW), formado por pares adjacentes de anéis pentagonais e heptagonais de átomos de carbono na matriz do grafeno. Investigamos também a evolução morfológica do grafeno, na presença de um defeito Stone-Wales pré-existente, induzida por deformações de cisalhamento homogêneas e também por deformações não homogêneas envolvendo combinações de cisalhamento e contrações e tensões não-homogêneas nas ligações químicas entre átomos de carbono em folhas de grafeno contendo defeito Stone-Wales. Encontramos que a relaxação da folha de grafeno com grandes concentrações iniciais de defeitos SW pode levar a formação de defeitos topológicos estendidos (DTE), com unidades morfológicas muito semelhantes aquelas observadas em experimentos recentes. Nossos cálculos indicam que defeitos SW agem como núcleos de acumulação de “stress” que induzem os eventos de rotação de ligação que geram os DTE. Finalmente, abordamos também a possibilidade de formação, induzida por pressão, de alótropos de grafite baseados nas chamadas redes de defeitos topológicos.